Định luật 3 Newton là gì? Công thức tính của ĐL 3 Newton

Định luật 3 Newton đã được tích hợp vào chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 10 bởi sự ứng dụng đa dạng của nó trong thực tế. Thư viện điện tử sẽ tập trung trình bày về các điểm quan trọng của định luật này, cùng với những bài tập thực hành kèm đáp án chi tiết, hỗ trợ cho quá trình học tập của học sinh.

Định luật 3 Newton là gì?

Định luật 3 Newton là:

• Đối với mỗi lực tác động bao giờ cũng có một phản lực cùng độ lớn, cùng phương, ngược chiều và khác điểm đặt.

Hay nói cách khác, các lực tương tác giữa hai vật bao giờ cũng là những cặp lực cùng độ lớn, cùng phương, ngược chiều và khác điểm đặt.

Ví dụ, khi ta dùng tay đẩy một vật, thì vật đó cũng sẽ tác dụng một lực đẩy ngược trở lại tay ta. Hai lực này là được gọi là hai lực trực đối.

Công thức tính định luật 3 Newton

Công thức định luật 3 Newton được biểu diễn dưới dạng vectơ như sau:

• →FAB = −→FBA

Trong đó:

• →FAB là lực do vật A tác dụng lên vật B
• →FBA là lực do vật B tác dụng lên vật A

Được giải thích:

• Độ lớn của hai lực cùng bằng nhau: FAB = FBA
• Phương của hai lực cùng phương: FAB và FBA cùng hướng với chuyển động của vật A và ngược hướng với chuyển động của vật B
• Chiều của hai lực ngược chiều nhau: FAB và FBA có chiều ngược nhau
• Điểm đặt của hai lực khác nhau: FAB tác dụng vào vật A, FBA tác dụng vào vật B

Một số lưu ý khi sử dụng công thức định luật Newton:

• Lực và phản lực được cho là không cân bằng vì chúng được đặt vào hai vật khác nhau.
• Lực tác dụng thuộc loại gì (gồm: hấp dẫn, đàn hồi, ma sát…), thì phản lực cũng phải thuộc loại đó.

Ví dụ minh họa:

• Khi ta dùng tay đẩy một quả bóng, thì quả bóng cũng sẽ tác dụng một lực đẩy ngược trở lại tay ta. Hai lực này là hai lực trực đối, có độ lớn bằng nhau, cùng phương là phương của chuyển động của quả bóng, ngược chiều nhau và đặt vào hai vật khác nhau.
• Khi một quả tên lửa bay lên, thì lực đẩy của tên lửa tác dụng lên khí cháy sẽ tạo ra một lực phản đẩy ngược trở lại tên lửa, giúp tên lửa bay lên. Hai lực này là hai lực trực đối, có độ lớn bằng nhau, cùng phương là phương của chuyển động của tên lửa, ngược chiều nhau và đặt vào hai vật khác nhau.

Lực và phản lực

Lực và phản lực trong định luật 3 Newton là hai lực trực đối, có độ lớn bằng nhau, cùng phương nhưng ngược chiều và tác dụng vào hai vật khác nhau.

• Độ lớn bằng nhau: Độ lớn của lực tác dụng và phản lực luôn bằng nhau. Điều này có thể được giải thích bằng định luật bảo toàn năng lượng. Khi một vật A tác dụng lực lên vật B, thì vật A sẽ mất một lượng năng lượng. Vật B sẽ nhận được lượng năng lượng này và tác dụng một lực phản lại vật A. Hai lực này có cùng độ lớn để bảo toàn năng lượng.
• Cùng phương: Phương của lực tác dụng và phản lực luôn cùng phương. Điều này có nghĩa là hai lực này cùng hướng với chuyển động của vật A và ngược hướng với chuyển động của vật B.
• Ngược chiều: Chiều của lực tác dụng và phản lực luôn ngược chiều nhau. Điều này có nghĩa là hai lực này có hướng ngược nhau.
• Điểm đặt khác nhau: Điểm đặt của lực tác dụng và phản lực luôn khác nhau. Điều này có nghĩa là hai lực này tác dụng vào hai vật khác nhau.

Ý nghĩa của định luật 3 Newton

Trong tự nhiên

• Lực nâng: Khi ta đi bộ, chúng ta tác dụng lực lên mặt đất, mặt đất cũng tác dụng một lực lên chúng ta, đó là lực nâng giúp chúng ta đứng vững. Lực nâng là một lực trực đối, có độ lớn bằng nhau, cùng phương là phương của chuyển động của chúng ta, ngược chiều nhau và đặt vào hai vật khác nhau.
• Lực đàn hồi: Khi ta kéo một lò xo, thì lò xo sẽ kéo ngược lại ta. Lực đàn hồi là một lực trực đối, có độ lớn bằng nhau, cùng phương là phương của chuyển động của lò xo, ngược chiều nhau và đặt vào hai vật khác nhau.
• Lực hấp dẫn: Trái đất tác dụng một lực hấp dẫn lên các vật trên bề mặt của nó, khiến các vật này không thể bay lên khỏi mặt đất. Lực hấp dẫn là một lực trực đối, có độ lớn bằng nhau, cùng phương là phương của chuyển động của các vật, ngược chiều nhau và đặt vào hai vật khác nhau.

Trong kỹ thuật

• Máy bay: Máy bay được thiết kế dựa trên nguyên tắc của định luật 3 Newton, khi động cơ của máy bay đẩy không khí ra phía sau, thì không khí cũng sẽ tác dụng một lực đẩy lên máy bay, khiến máy bay bay lên.
• Bánh xe: Bánh xe được thiết kế dựa trên nguyên tắc của định luật Newton, khi ta đẩy bánh xe, thì bánh xe cũng sẽ tác dụng một lực đẩy ngược trở lại tay ta, khiến ta di chuyển về phía trước.
• Bắn súng: Khi bắn súng, viên đạn bay ra khỏi nòng súng thì nòng súng cũng sẽ giật lùi lại. Đây là hiện tượng của phản lực.

Định luật 3 Newton là một trong những định luật quan trọng nhất trong vật lý. Định luật này giải thích nhiều hiện tượng tự nhiên và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật.

Bài tập về định luật 3 Newton

Bài tập 1:

Một quả bóng khối lượng 0,5 kg được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc ban đầu 20 m/s. Sau khi lên đến độ cao cực đại, quả bóng bắt đầu rơi xuống. Tính lực nâng tác dụng lên quả bóng khi quả bóng đang ở độ cao cực đại.

Giải:

Theo định luật Newton, lực nâng tác dụng lên quả bóng là phản lực của lực trọng lực tác dụng lên quả bóng. Lực trọng lực tác dụng lên quả bóng là:

• F_g = mg = (0,5 kg)(9,8 m/s^2) = 4,9 N

Lực nâng tác dụng lên quả bóng có độ lớn bằng lực trọng lực tác dụng lên quả bóng, nhưng ngược chiều. Do đó, lực nâng tác dụng lên quả bóng khi quả bóng đang ở độ cao cực đại là:

• F_n = 4,9 N

Bài tập 2:

Một chiếc máy bay đang bay ngang với vận tốc 800 km/h thì phun ra một lượng khí đốt với khối lượng 100 kg theo hướng ngược với chiều chuyển động của máy bay. Biết rằng tốc độ của khí đốt khi thoát ra khỏi máy bay là 1000 km/h. Tính lực đẩy của khí đốt tác dụng lên máy bay.

Giải:

Theo định luật Newton, lực đẩy của khí đốt tác dụng lên máy bay là phản lực của lực tác dụng của máy bay lên khí đốt. Lực tác dụng của máy bay lên khí đốt là:

• F_b = F_k

Trong đó:

• F_b là lực tác dụng của máy bay lên khí đốt
• F_k là lực đẩy của khí đốt tác dụng lên máy bay

Ta có:

• F_b = m_k * v_k
• F_k = m_k * v_b

Do đó:

• m_k * v_k = m_k * v_b
• v_k = v_b
• v_k = 1000 km/h
• F_b = m_k * v_k
• F_b = (100 kg)(1000 km/h)
• F_b = 100 000 N

Vậy, lực đẩy của khí đốt tác dụng lên máy bay là 100 000 N.

Bài tập 3:

Một người đang đi bộ trên mặt đất với vận tốc 5 m/s. Hãy tính trọng lượng của người đi bộ đó.

Giải:

Theo định luật 3 Newton, lực tác dụng của người lên mặt đất là phản lực của lực tác dụng của mặt đất lên người. Lực tác dụng của mặt đất lên người là trọng lượng của người. Do đó, trọng lượng của người bằng lực tác dụng của người lên mặt đất.

Lực tác dụng của người lên mặt đất là:

• F_p = m_p * v_p
• F_p = m_p * 5 m/s

Trong đó:

• F_p là lực tác dụng của người lên mặt đất
• m_p là khối lượng của người
• v_p là vận tốc của người

Ta có:

• F_p = mg
• m_p * 5 m/s = mg
• m_p = mg / 5 m/s
• m_p = 9,8 m/s^2 / 5 m/s
• m_p = 1,96 kg

Vậy, trọng lượng của người là 1,96 kg.

Đây chỉ là một số bài tập đơn giản về định luật Newton. Để giải quyết các bài tập khó hơn, cần áp dụng các kiến thức về chuyển động học và các định luật khác của vật lý.

Mọi thông tin về định luật 3 Newton đã được tổng hợp đầy đủ trong bài viết của Thư viện điện tử. Hy vọng rằng, qua bài viết này, các em có thể phát triển khả năng tư duy và cải thiện thành tích học tập của mình.